(57)【要約】【課題】  製造が容易で、かつ、防汚性能が良好なろう付け製品及びそれに用いるろう付け用複合材を提供するものである。【解決手段】  本発明に係るろう付け製品１０は、Fe又はFe系合金で構成される基材１１の表面にろう付け層１２ａ，１２ｂを一体的に設けたろう付け用複合材２０同士をろう付けしてなるものであって、基材１１からなる各製品本体部２１ａ〜２１ｃが、Cu濃度が69〜100wt％のCu又はCu合金で構成されるろう付け層１２ａ，１２ｂからなるろう付け接合部２６，２７を介してろう付けされ、かつ、ろう付け接合部２６，２７を除く各製品本体部２１ａ〜２１ｃの表面が、ろう付け層１２ａ，１２ｂの溶融残存層である厚さ40μｍ以上の防汚・耐食層２３ａ〜２３ｄ，２５ａ〜２５ｄで覆われたものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Fe又はFe系合金で構成される基材の表面にろう付け層を一体的に設けたろう付け用複合材同士をろう付けしてなるろう付け製品であって、上記基材からなる各製品本体部が、Cu濃度が69〜100wt％のCu又はCu合金で構成される上記ろう付け層からなるろう付け接合部を介してろう付けされ、かつ、ろう付け接合部を除く各製品本体部の表面が、ろう付け層の溶融残存層である厚さ40μｍ以上の防汚・耐食層で覆われたことを特徴とするろう付け製品。
【請求項２】
上記基材を構成するFe又はFe系合金がステンレス鋼である請求項１記載のろう付け製品。
【請求項３】
請求項１又は２記載のろう付け製品の構成材として用いられ、Fe又はFe系合金で構成される基材の表面にろう付け層を一体的に設けてなるろう付け用複合材であって、上記ろう付け用複合材のろう付け層が、Cu濃度が69〜100wt％のCu又はCu合金で構成され、100μｍ以上の層厚を有することを特徴とするろう付け用複合材。
【請求項４】
上記ろう付け層を構成するCu合金がNi-Cu合金である請求項３記載のろう付け用複合材。
【請求項５】
上記基材を構成するFe又はFe系合金がステンレス鋼である請求項３又は４記載のろう付け用複合材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材の表面にろう付け層を一体的に設けたろう付け用複合材同士をろう付けしてなるろう付け製品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用オイルクーラの接合材としてステンレス基クラッド材が使用されている。これは、基材であるステンレス鋼板の片面又は両面に、ろう材としての機能を有するCu材がクラッドされている。
【０００３】
また、ステンレス鋼や、Ni基又はCo基合金などからなる部材のろう付け材として、ろう付け接合部の耐食性に優れる各種Niろう材が、JIS規格により規定されている。さらに、熱交換器の接合に用いられるNiろう材として、粉末状のNiろう材に、Ni、Cr、又はNi-Cr合金の中から選択される金属粉末を4〜22wt％添加してなる粉末Niろう材が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、基材であるステンレス鋼の表面に、Ni及びTiからなるろう付け層を一体的に設けた自己ろう付け性複合材がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１０７８８３号公報
【特許文献２】特開平７−２９９５９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前述したCuクラッドろう材をオイルクーラに使用した場合、特に使用上の問題は生じない。
【０００７】
しかしながら、Cuクラッドろう材を、海洋や湖沼などの自然水環境下で用いる製品に使用した場合、例えば、海水を冷媒として用いる熱交換器に使用した場合、経年と共に、流路に微生物、フジツボなどの着生性動物、藻類などの水生動植物が繁殖する。その結果、流路が詰まったり、熱交換器の性能が著しく低下したりする。ここで、大型の熱交換器であれば、流路の清掃を行い、繁殖している水生動植物の除去を行うことができる。しかし、小型の熱交換器の場合、流路の清掃は困難であることから、新品と交換せざるを得ず、水生動植物の繁殖は製品寿命の低下を招いてしまう。
【０００８】
これは、ろう付け前は、ろう材であるCu層が基材の全面を覆っているものの、このろう材のほとんどは、ろう付け時、毛細管現象によってろう付け接合部に集合してしまう。よって、ろう付け後においては、基材であるステンレス鋼が表面に露出してしまい、Cu層による防汚効果を期待することができなくなる。
【０００９】
鋼材の防汚対策として、Cu粉末を添加した塗料を鋼材に塗布するという方法があるが、熱交換器のように複雑な形状の流路を有する製品の場合、組立後の流路内壁に塗料を均一に塗布することは困難であり、コスト上昇を招いてしまう。
【００１０】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、製造が容易で、かつ、防汚性能が良好なろう付け製品及びそれに用いるろう付け用複合材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成すべく本発明に係るろう付け製品は、Fe又はFe系合金で構成される基材の表面にろう付け層を一体的に設けたろう付け用複合材同士をろう付けしてなるろう付け製品であって、上記基材からなる各製品本体部が、Cu濃度が69〜100wt％のCu又はCu合金で構成される上記ろう付け層からなるろう付け接合部を介してろう付けされ、かつ、ろう付け接合部を除く各製品本体部の表面が、ろう付け層の溶融残存層である厚さ40μｍ以上の防汚・耐食層で覆われたものである。
【００１２】
ここで、基材を構成するFe又はFe系合金は、ステンレス鋼であることが好ましい。
【００１３】
一方、本発明に係るろう付け用複合材は、前述したろう付け製品の構成材として用いられ、Fe又はFe系合金で構成される基材の表面にろう付け層を一体的に設けてなるろう付け用複合材であって、上記ろう付け用複合材のろう付け層が、Cu濃度が69〜100wt％のCu又はCu合金で構成され、100μｍ以上の層厚を有するものである。
【００１４】
ここで、ろう付け層を構成するCu合金は、Ni-Cu合金であることが好ましい。また、基材を構成するFe又はFe系合金は、ステンレス鋼であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、防汚性能及び耐久性が良好なろう付け製品が得られるという優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１７】
本発明の好適一実施の形態に係るろう付け製品の断面図を図１に示す。
【００１８】
本実施の形態に係るろう付け製品は、図２に示すFe又はFe系合金で構成される基材１１の表面にろう付け層１２ａ，１２ｂを一体的に設けたろう付け用複合材２０同士をろう付けしてなるものである。ここで言う基材１１の表面は、外部に露出する全ての面を示している。
【００１９】
図１に具体的に示すように、ろう付け製品１０は、基材１１からなる各製品本体部２１ａ〜２１ｃが、Cu濃度が69〜100wt％のCu又はCu合金で構成されるろう付け層１２ａ，１２ｂからなるろう付け接合部２６，２７を介してろう付けされたものである。
【００２０】
製品本体部２１ａは断面波形のフィン状を呈しており、製品本体部２１ｂ，２１ｃは平板状を呈している。製品本体部２１ａと製品本体部２１ｂで囲まれた部分が各空間２４を、製品本体部２１ａと製品本体部２１ｃで囲まれた部分が各空間２２を形成する。空間２２，２４のいずれか一方が、冷媒の流路となる。
【００２１】
ろう付け接合部２６，２７を除く各製品本体部２１ａ〜２１ｃの全面、すなわち、空間２２，２４に臨んだ面及び製品本体部２１ｂ，２１ｃの外表面（図１中では製品本体部２１ｂの上面、製品本体部２１ｃの下面）が、防汚・耐食層２３ａ〜２３ｄ，２５ａ〜２５ｄで覆われる。この防汚・耐食層２３ａ〜２３ｄ，２５ａ〜２５ｄは、未溶融のろう付け層１２ａ，１２ｂの残存部であり、最小厚さが40μｍ以上、好ましくは50μｍ以上のものである。
【００２２】
本実施の形態に係るろう付け製品１０を構成するろう付け用複合材２０は、基材１１の両面にCu（又はCu合金）材（図示せず）を配置、積層した後、この積層体（基材１１及びCu材）をクラッド、一体化し、このクラッド材に適宜、圧延加工を施すことで得られる。
【００２３】
基材１１の構成材としては、Fe又はFeを主成分とするFe系合金が好ましく、より好ましくは構造材として多用され、耐食性に優れたステンレス鋼、特に好ましくはオーステナイト系ステンレス鋼（例えば、SUS304、SUS316（JIS規格）など）が挙げられる。
【００２４】
ろう付け層１２ａ，１２ｂのCu濃度を69〜100wt％としたのは、Cu濃度が69wt％未満だと、耐用年数は長くなる（耐食性は良好となる）ものの、Cuの防汚性能が十分に得られなくなるためである。特に、ろう付け層１２ａ，１２ｂの構成材がCu-Ni合金の場合、Cu濃度が69wt％未満だと、融点が1250℃近くになることから、基材１１を構成するステンレス鋼が軟化してしまい、ろう材として適さない。また、この場合、Cu濃度は80〜90wt％がより好ましい。これは、Cu濃度が80wt％未満だと、十分な防汚性能が得られないためである。また、Cu濃度が90wt％を超えると、防汚性能は高くなるものの、Cuの溶解速度が速いことから、耐用年数が低下する（耐食性が悪化する）ためである。
【００２５】
ろう付け層１２ａ，１２ｂの層厚を100μｍ以上としたのは、層厚が100μｍ未満だと、ろう付け後のろう付け製品１０において、防汚・耐食層２３ａ〜２３ｄ，２５ａ〜２５ｄの最小厚さを40μｍ以上確保できないためである。
【００２６】
防汚・耐食層２３ａ〜２３ｄ，２５ａ〜２５ｄの最小厚さを40μｍ以上、好ましくは50μｍ以上としたのは、最小厚さが約10μｍもあれば防汚性能は得られるものの、十分な耐用年数（良好な耐食性）が得られないためである。十分な防汚性能と十分な耐用年数を得るためにも、防汚・耐食層２３ａ〜２３ｄ，２５ａ〜２５ｄの最小厚さは40μｍ以上とされる。
【００２７】
ろう付け用複合材２０に、適宜、プレス成形（プレス加工）を施して所望の形状の半製品（図１中では製品本体部２１ａ〜２１ｃ）に形成した後、その半製品同士を組み合わせ、ろう付け接合を行う部分（ろう付け接合部）を接触させる。その後、ろう付け接合部をメインに、これらの組み合わせ部材に加熱によるろう付け処理を施すことで、ろう付け製品１０が得られる。
【００２８】
本実施の形態に係るろう付け製品１０は、各製品本体部２１ａ〜２１ｃの表面が全て最小厚さが40μｍ以上の防汚・耐食層２３ａ〜２３ｄ，２５ａ〜２５ｄで覆われている。このCuを主体とする防汚・耐食層２３ａ〜２３ｄ，２５ａ〜２５ｄにより、ろう付け製品１０の各製品本体部２１ａ〜２１ｃの表面に、フジツボなどの水生動植物が着生、繁殖することはない。その結果、ろう付け製品１０が例えば熱交換器の場合、流路（空間２２）が詰まったり、熱交換器の性能が著しく低下したりするおそれがなくなる。よって、ろう付け製品１０は、海水や湖水を冷却水として使用する発電所などの熱交換器に好適である。
【００２９】
また、防汚・耐食層２３ａ〜２３ｄ，２５ａ〜２５ｄの層厚を調整することで、ろう付け製品１０のメンテナンス間隔を自在に調整することができる（メンテナンス時期をほぼ予測することができる）。防汚・耐食層２３ａ〜２３ｄ，２５ａ〜２５ｄの層厚は、ろう付け層１２ａ，１２ｂにおける層厚、Cu濃度、ろう付け温度、及びろう付け時間などを調整することで、自在に調整可能である。
【００３０】
さらに、防汚・耐食層２３ａ〜２３ｄ，２５ａ〜２５ｄは、ろう付け時に未溶融であったろう付け層１２ａ，１２ｂが残ってできたものであって、ろう付け後に、新たに特別に形成する必要はない。つまり、本実施の形態に係るろう付け製品１０は、従来と同じろう付け方法を用いて作製できるため、その製造コストは安価である。
【００３１】
また、本実施の形態に係るろう付け製品１０を構成するろう付け用複合材２０は、従来のろう付け用複合材と比べてろう付け層がやや厚くなる分、加工性（プレス性）が若干低下するものの、依然、良好な加工性を保持している。
【００３２】
さらに、このろう付け用複合材２０は、ろう材と基材１１とが一体となっているため、従来の粉末ろう材のように、基材同士のろう付け接合部にろう材を配置（塗布）するという作業が不要である。よって、良好なろう付け生産性で、ろう付け製品１０を得ることができる。
【００３３】
本実施の形態においては、基材１１の両面（図２中では上面、下面）にろう付け層１２ａ，１２ｂを設けたろう付け用複合材２０を用いて説明を行ったが、これに特に限定するものではない。例えば、図３に変形例を示すように、基材１１の片面（図３中では上面）のみに、ろう付け層１２ａを設けたろう付け用複合材３０であってもよい。
【００３４】
また、本実施の形態においては、箔状のろう付け用複合材２０を用いて説明を行ったが、複合材の形状は箔状に特に限定するものではない。例えば、棒状又はワイヤ状の基材の表面に、ろう付け層１２ａを一体的に設け、ろう付け用複合材としてもよい。この場合、ろう付け層１２ａの形成は、メッキ法、押出法、造管法などによってなされる。特に、この棒状又はワイヤ状のろう付け用複合材は、サイズが小さいことから取り扱い性が良好であり、小型の熱交換器用として好適である。
【００３５】
以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【００３６】
次に、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００３７】
（実施例１）
基材である厚さ1.75ｍｍのステンレス鋼板（SUS304板材）の両面に、板厚が0.7ｍｍの純Cu板を重ね合わせ、加圧法によりクラッドして複合材を作製した。この複合材に冷間圧延処理を繰り返し施し、ろう付け層のCu濃度が100wt％、各ろう付け層の厚さが200μｍ、３層構造（Cu/SUS304/Cu）のろう付け用複合材を作製した。
【００３８】
このろう付け用複合部材を用いて、平板部材（図１の製品本体部２１ｂ，２１ｃ参照）とフィン部材（図１の製品本体部２１ａ参照）を形成した。これらの部材を、図１に示すように組み合わせた後、1130℃に保持した管状炉内で加熱してろう付けを行い、ろう付け製品（試験片１）を作製した。
【００３９】
（実施例２）
板厚が0.5ｍｍの純Cu板を用いる以外は実施例１と同様にして、ろう付け層のCu濃度が100wt％、各ろう付け層の厚さが120μｍ、３層構造（Cu/SUS304/Cu）のろう付け用複合材を作製した。
【００４０】
このろう付け用複合部材を用い、実施例１と同様にしてろう付け製品（試験片２）を作製した。
【００４１】
（実施例３）
板厚が0.5ｍｍのCu-10wt％Ni板を用いる以外は実施例１と同様にして、ろう付け層のCu濃度が90wt％、各ろう付け層の厚さが150μｍ、３層構造（Cu-Ni/SUS304/Cu-Ni）のろう付け用複合材を作製した。
【００４２】
このろう付け用複合部材を用い、加熱保持温度を1200℃とする以外は、実施例１と同様にしてろう付け製品（試験片３）を作製した。
【００４３】
（実施例４）
板厚が0.5ｍｍのCu-30wt％Ni板を用いる以外は実施例１と同様にして、ろう付け層のCu濃度が70wt％、各ろう付け層の厚さが150μｍ、３層構造（Cu-Ni/SUS304/Cu-Ni）のろう付け用複合材を作製した。
【００４４】
このろう付け用複合部材を用い、加熱保持温度を1280℃とする以外は、実施例１と同様にしてろう付け製品（試験片４）を作製した。
【００４５】
（比較例１）
板厚が0.2ｍｍの純Cu板を用いる以外は実施例１と同様にして、ろう付け層のCu濃度が100wt％、各ろう付け層の厚さが50μｍ、３層構造（Cu/SUS304/Cu）のろう付け用複合材を作製した。
【００４６】
このろう付け用複合部材を用い、実施例１と同様にしてろう付け製品（試験片５）を作製した。
【００４７】
（比較例２）
板厚が0.5ｍｍの純Cu板を用いる以外は実施例１と同様にして、ろう付け層のCu濃度が100wt％、各ろう付け層の厚さが80μｍ、３層構造（Cu/SUS304/Cu）のろう付け用複合材を作製した。
【００４８】
このろう付け用複合部材を用い、実施例１と同様にしてろう付け製品（試験片６）を作製した。
【００４９】
（比較例３）
板厚が0.5ｍｍのCu-32wt％Ni板を用いる以外は実施例１と同様にして、ろう付け層のCu濃度が68wt％、各ろう付け層の厚さが150μｍ、３層構造（Cu-Ni/SUS304/Cu-Ni）のろう付け用複合材を作製した。
【００５０】
このろう付け用複合部材を用い、加熱保持温度を1280℃とする以外は、実施例１と同様にしてろう付け製品（試験片７）を作製した。
【００５１】
（比較例４）
板厚が0.3ｍｍのCu-10wt％Ni板を用いる以外は実施例１と同様にして、ろう付け層のCu濃度が90wt％、各ろう付け層の厚さが70μｍ、３層構造（Cu-Ni/SUS304/Cu-Ni）のろう付け用複合材を作製した。
【００５２】
このろう付け用複合部材を用い、加熱保持温度を1200℃とする以外は、実施例１と同様にしてろう付け製品（試験片８）を作製した。
【００５３】
（従来例１）
実施例１と同じ基板の両面に、市販の粉末Cuろう材を合成樹脂バインダで溶いたものを塗布し、ろう付け層のCu濃度が100wt％、各ろう付け層の厚さが120μｍ、３層構造（Cu/SUS304/Cu）のろう付け用複合材を作製した。
【００５４】
このろう付け用複合部材を用い、実施例１と同様にしてろう付け製品（試験片９）を作製した。
【００５５】
（従来例２）
実施例１と同じ基板の両面に、市販の粉末Niろう材（Ni-19wt％Cr-10wt％Si）を合成樹脂バインダで溶いたものを塗布し、ろう付け層のCu濃度が0wt％、各ろう付け層の厚さが120μｍ、３層構造（Ni/SUS304/Ni）のろう付け用複合材を作製した。
【００５６】
このろう付け用複合部材を用い、加熱保持温度を1180℃とする以外は、実施例１と同様にしてろう付け製品（試験片１０）を作製した。
【００５７】
実施例１〜４、比較例１〜４、及び従来例１，２の各ろう付け用複合材の積層構造、ろう付け層のCu濃度（wt％）、ろう付け層の層厚（μｍ）を表１に示す。また、各試験片１〜１０の、防汚・耐食層の最小厚さ（μｍ）、防汚性能、予想耐用年数、ろう付け生産性、及び総合評価も併せて表１に示す。
【００５８】
ここで、防汚性能については、各試験片１〜１０を海水中に約100日間浸漬した後に解体し、表面に付着したフジツボを始めとする水生動植物の種類と数を調査することで評価を行った。また、予想耐用年数については、ろう付け後の防汚・耐食層の最小厚さを、海水中への浸漬試験結果から得られた腐食速度で除することで算出し、３年以上を良好とした。尚、表１中の防汚性能、ろう付け生産性、及び総合評価については、良好なものを○、不十分なものを△、不良なものを×と記した。
【００５９】
【表１】
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【００６０】
表１に示すように、実施例１〜４の各ろう付け用複合材は、いずれもろう付け層のCu濃度が69wt％以上（100、100、90、70（wt％））、ろう付け層の厚さが100μｍ以上（200、120、150、150（μｍ））であり、規定値を満足していた。このため、実施例１〜４の各ろう付け用複合材を用いた試験片１〜４は、防汚・耐食層の最小厚さが40μｍ以上（120、50、75、80（μｍ））となった。その結果、試験片１〜４は、いずれも防汚性能が良好で、予想耐用年数も３年以上（8、3.2、6、8（年））で、ろう付け生産性も良好であった。よって、総合評価も良好であった。
【００６１】
これに対して、比較例１のろう付け用複合材は、ろう付け層の厚さが50μｍであり、規定値の半分以下であった。このため、比較例１のろう付け用複合材を用いた試験片５においては、防汚・耐食層の最小厚さが0μｍとなり、基材が露出した。その結果、試験片５は、防汚性能が全く期待できなかった。よって、総合評価も不良であった。
【００６２】
また、比較例２，４のろう付け用複合材は、ろう付け層の厚さが80μｍ，70μｍであり、規定値を満足していなかった。このため、比較例２，４のろう付け用複合材を用いた試験片６，８においては、防汚・耐食層の最小厚さが30μｍ，20μｍとなり、規定値を満足できなかった。その結果、試験片６，８は、防汚性能は良好であるものの、予想耐用年数が３年未満（2年，1.6年）となった。よって、総合評価も不十分であった。
【００６３】
また、比較例３のろう付け用複合材は、ろう付け層のCu濃度が68wt％であり、規定値を満足していなかった。このため、比較例３のろう付け用複合材を用いた試験片７においては、防汚・耐食層の最小厚さが80μｍもあり、予想耐用年数は８年もあったものの、防汚性能が不十分であった。よって、総合評価も不十分であった。
【００６４】
一方、従来例１のろう付け用複合材を用いた試験片９は、防汚・耐食層の最小厚さが60μｍで、防汚性能は良好であり、かつ、予想耐用年数も3.3年と良好であった。しかし、粉末Cuろう材を用いており、ろう付け生産性が悪いため、総合評価は不良であった。
【００６５】
また、従来例２のろう付け用複合材を用いた試験片１０は、防汚・耐食層の最小厚さが50μｍで、予想耐用年数は20年以上と極めて良好であった。しかし、粉末Niろう材を用いており、Cuの防汚性能を期待することはできず、かつ、ろう付け生産性が悪いため、総合評価は不良であった。
【００６６】
以上より、本発明のろう付け製品である試験片１〜４は、防汚・耐食層による十分な防汚性能が得られ、予想耐用年数が３年以上と良好な耐久・耐食性が得られ、かつ、ろう付け生産性にも優れることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の好適一実施の形態に係るろう付け製品の断面図である。
【図２】図１に用いるろう付用複合材の断面図である。
【図３】図２のろう付用複合材の一変形例である。
【符号の説明】
【００６８】
１０  ろう付け製品
１１  基材
１２ａ，１２ｂ  ろう付け層
２０  ろう付け用複合材
２１ａ〜２１ｃ  製品本体部
２３ａ〜２３ｄ  防汚・耐食層
２５ａ〜２５ｄ  防汚・耐食層
２６，２７  ろう付け接合部
【図１】
2006181595.tif 000004
【図２】
2006181595.tif 000005
【図３】
2006181595.tif 000006